过程控制课程设计

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辽宁工业大学

过程控制系统课程设计（论文）

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题目：精馏塔塔内压力控制系统设计

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专业班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

起止时间：

课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室：测控技术与仪器 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

学 号

学生姓名 专业班级 设计题目 精馏塔塔内压力控制系统设计

课

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任

务 设计任务

设计精馏塔塔内压力控制系统设计，精馏塔塔内压力的单位阶跃响应曲线实验数据如下：

设计要求 1、根据实验数据辨识对象的数学模型，设计一个无差控制系统，确定控制方案并绘制原理结构图、方框图； 2、 选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数；

3、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式；对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。

4、若设计由数字控制系统实现应给出系统硬件电气连接图及程序流程图；

5、按规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000

字以上。

技术参数

测量范围：0-5大气压，控制压力：1±大气压 ，超调量小于等于25%；

工作计划 1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。（2天 ）

2、确定系统的控制方案，绘制原理结构图、方框图。（1天 ）

3、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数。（2天 ）

4、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式（ 1天），调节阀的气开

气关形式以及流量特性选择。（ 1天）

5、上机实现系统的模拟运行或仿真、答辩。（2天 ）

6、撰写、打印设计说明书（1天 ）

指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 指导教师签字： 总成绩： 年 月 日

摘要

精馏塔是石油、化学加工工业(CPI)中使用量最大、能耗最高、应用面极广的分离单元操作设备。本设计采用单回路控制系统对塔内压力进行实时控制，采用PID算法的DTZ—2100控制器对HK-613系列通用型压力变送器采集到的塔内压力值进行处理，并将控制信号传递给ZXS型新系列气动薄膜角形单座调节阀，令其对冷却量进行控制，从而达到对塔内压力的控制。精馏塔的控制最终目标是：在保证产品质量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使总收益最大生产设备自动化程度的提高，有利于降低工厂成本、促进生产线的柔性化和集成化，有利于提高产品的产量、质量以及产品的竞争力。从某种意义上说，高效的精馏塔控制技术为我们创造了不可忽视的经济效益和社会效益。

关键词：精馏塔；分离单元；PID算法

目录

第1章绪论...................................... 错误!未定义书签。

研究背景及意义................................. 错误!未定义书签。

当前发展状况................................... 错误!未定义书签。第2章系统方案设计 ............................. 错误!未定义书签。

概述........................................... 错误!未定义书签。

系统对象特性分析............................ 错误!未定义书签。

系统方案论证................................. 错误!未定义书签。

系统组成总体结构............................ 错误!未定义书签。第3章仪表选型.................................. 错误!未定义书签。

压力变送器选择................................. 错误!未定义书签。

执行器的选择................................... 错误!未定义书签。

控制器的选择................................... 错误!未定义书签。

控制规律的选择................................. 错误!未定义书签。第4章系统仿真.................................. 错误!未定义书签。

控制系统参数计算................................ 错误!未定义书签。

控制系统matlab仿真............................ 错误!未定义书签。第5章课程设计总结 ............................. 错误!未定义书签。参考文献.......................................... 错误!未定义书签。

第1章绪论

研究背景及意义

精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程。而石油化工是基础性产业，它为农业、能源、交通、机械、电子、纺织、轻工、建筑、建材等工农业和人民日常生活提供配套和服务，在国民经济中占有举足轻重的地位，在现代生活中，几乎随时随地都离不开化工产品，从衣、食、住、行等物质生活到文化艺术、娱乐等精神生活，都需要化工产品为之服务。

精馏的目的是利用混合液中各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到规定的纯度要求。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。

1.精馏过程的核心在于回流，而回流必须消耗大量能量。降低能耗是精馏

过程发展的重大课题。除了选择经济上合理的回流比外，主要的节能措

施有：热泵精馏。将塔顶蒸气绝热压缩（见热力学过程）升温后，重新

作为再沸器的热源(见热泵蒸发)；

2.多效精馏：精馏装置由压力依次降低的若干个精馏塔组成，前一精馏塔

塔顶蒸气用作后一精馏塔再沸器的加热蒸气（见多效蒸发）；

3.采用高效精馏塔，可用较小的回流比；采用高效换热器，可降低传热温

度差，这样就可以减少有效能损失。

4.采用电子计算机对过程进行有效控制，减小操作裕度，确保过程在最低

能耗下进行。

精馏操作分为连续精馏和间歇精馏，本设计的研究对象是连续精馏的过程。其操作过程是：原料液经预热加热到一定温度后，进入精馏塔中的进料板，料液在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合后，在逐板下流，最后流入塔底再沸器中，液体在逐板下降的同时，它与上升的蒸汽在每层塔板上相互接触，同时进行部分汽化和部分冷凝的质量和能量的传递过程。操作时，连续从再沸器中取出的部分液体作为塔底产品，部分液体汽化产生上升蒸汽，从塔底回流入塔内出塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝成液体，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品。

精馏塔是石油、化学加工工业(CPI)中使用量最大、能耗最高、应用面极广的分离单元操作设备。从精馏设备的历史发展来看，精馏技术与石油、化学加工